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浅谈数字电位器
一、数字电位器与机械电位器的区别及其特点
电位器是一种应用最广的电子元件之一。传统的电位器是通过机械结构带动滑片改变电阻值，因此可以称作机械式电位器，其结构简单、价格低，但由于受到材料和工艺的限制，最容易产生滑动片磨损，导致接触不良、系统噪声大甚至工作失灵。随着科技的发展，国外多家公司推出一种采用集成电路工艺生产的电位器，其外形像一只集成块，这种电位器采用数字信号控制，故称为数字电位器。
数字电位器具有以下特点：采用集成电路工艺生产，具有良好的线性、精度和温度稳定性；采用电信号控制电阻的变化，应用范围广，使用灵活；滑动端位置易于由单片机、计算机或逻辑电路控制，通过编程自动调节电阻值，大大提高调节精度和自动控制能力；可以选择记忆功能和不记忆功能，选择记忆功能时将电位器当前的调节位置保存在非易失性存储器中，下次通电时自动恢复这一位置，能自动消除手动调节的误差。若选择不记忆功能，当系统通电时数字电位器自动复位（事先设定的位置），这一特性是机械电位器无法比拟的；温度稳定性好，抗冲击具有优越的环境适应性；没有机械电位器特有的滑片，彻底解决了滑片接触不良的问题；体积小，节省空间，易于装配；寿命长，可*性高。
数字电位器内部一般都包含有非易失性存储器，记忆电位器的工作状态。一般把这类器件简写为“Ｅ２ＰＯＴ”。
二、数字电位器的工作原理
数字电位器一般由数字控制电路、存储器和ＲＤＡＣ电路两部分组成。其原理框图如附图所示。不同型号的数字电位器其数字控制电路的结构形式不同，但主要功能都是将输入的控制信号进行处理后控制ＲＤＡＣ。非易失性存储器用来存储控制信号和电位器的抽头位置。
ＲＤＡＣ电路是数字电位器的重要组成部分，它是一种特殊的数／模转换电路，与一般的数／模电路不同的是，转换后的模拟量不是电压值，而是电阻值，所以将其称为“ＲＤＡＣ”。
ＲＤＡＣ由电阻阵列、模拟开关阵列和译码器等组成。电阻阵列是采用集成电路工艺制作的若干串联在一起的电阻构成。不同型号的数字电位器的电阻数量不同，电阻越多，分辨率越高。电阻两端分别连接模拟开关的一端，而模拟开关的另一端连接在一起构成数字电位器的输出端（ＶＷ），由译码器的输出端控制模拟开关的通断以实现滑动抽头位置的变化。模拟开关数量（滑动抽头数）为电阻数加１。图中，当Ｋ１接通时，相当于电位器的滑片滑到最低端，此时ＲＷ与ＲＬ之间的电阻为零。当Ｋｎ＋１接通时，相当于电位器的滑片滑到最高端，此时ＲＷ与ＲＬ之间的电阻为数字电位器的最大电阻。不同型号的数字电位器阻值不同，一般有１ｋΩ、２ｋΩ、１０ｋΩ、５０ｋΩ、１００ｋΩ等。滑动端位置储存于非易失性存储器之中，可在上电时重新调用。
三、数字电位器的种类
生产数字电位器的公司较多，型号也很多。以Ｘｉｃｏｒ公司的Ｘ９×××系列数字电位器为例，按控制信号的接口不同分类有：
１． 二线接口型，通过Ｉ２Ｃ总线向Ｅ２ＰＯＴ传送控制信号；２． ＳＰＩ接口型，用同步串行接口向Ｅ２ＰＯＴ传送控制信号；３． 三线接口型，通过３根线传送３个控制信号：片选信号/ＣＳ、滑动方向控制信号Ｕ／Ｄ和滑动控制信号/ＩＮＣ；４． 按键控制型，分别用两个按键控制滑动端向高端或向低端移动。按变化规律分类有：线性变化型和对数变化型。按滑动抽头数分类有：１６抽头、３２抽头、６４抽头、１００抽头、２５６抽头、１０２４抽头等。表２～表５（其中表３～表５见本期第十一版）给出按控制接口分类的Ｘ９×××系列数字电位器。表中“电阻”是指ＲＨ和ＲＬ两端的电阻值。电阻值有１ｋΩ、２ｋΩ、１０ｋΩ、５０ｋΩ、１００ｋΩ、５００ｋΩ等系列，分别在型号中用字母表示。Ｚ－１ｋΩ、Ｙ－２ｋΩ、Ｗ－１０ｋΩ、Ｕ－５０ｋΩ、Ｔ－１００ｋΩ、Ｎ－５００ｋΩ。当器件中包含几个Ｅ２ＰＯＴ单元时，各单元的电阻值相等，如数字电位器Ｘ９２４１Ｗ内部包含４个Ｅ２ＰＯＴ，阻值都为１０ｋΩ。当字母为Ｍ时例外，如Ｘ９２４１Ｍ内部包含４个Ｅ２ＰＯＴ，阻值分别为２ｋΩ、１０ｋΩ、１０ｋΩ、５０ｋΩ。“端电压”是指加在ＲＨ和ＲＬ两端的电压。数字电位器是一种有源器件，其工作电压有２．７Ｖ、３Ｖ、５Ｖ。当型号后缀无标注时，工作电压为５Ｖ（范围＋４．５Ｖ～＋５．５Ｖ），后缀标注“３”时，工作电压为３Ｖ（范围＋３Ｖ～＋５．５Ｖ），后缀标注“２．７”时，工作电压为＋２．７Ｖ（范围＋２．７Ｖ～＋５．５Ｖ）。
四、使用数字电位器应注意的问题
数字电位器是机械电位器最好的替代器件。但是，在使用数字电位器时应注意以下几点。
１． 工作电压。 数字电位器是有源器件，对其供电后才能正常工作。使用电压不能超过其额定工作电压。使用时应根据系统供电状态选用适合的型号。
２． 被控电流。 数字电位器电阻的功率较小，一般为１０～２５０ｍＷ，因此滑动端电流很小，使用时流过电阻阵列的电流不能超过额定电流。否则应采取扩流电路。
３． 端电压。 加在数字电位器ＲＨ与ＲＬ两端的电压不能超过规定值。
４． 使用按键式数字电位器时，应采取按键信号的去抖动措施，否则因按键接触时的干扰将会造成按键的次数与理想的控制状态不一致。